Виявлення структурно-тектонічних елементів в регіональних моделях за аномаліями геофізичних полів

 

8.1 Мета і завдання роботи

 

Метою роботи є вивчення методики уточнення або прогнозування параметрів структурно-тектонічних елементів моделі геологічного розрізу уздовж інтерпретаційних регіональних профілів за геофізичними полями.

Завданням роботи є виявлення аномалієутворюючих геологічних об’єктів та визначення їх основних параметрів кількісними методами інтерпретації регіональних аномалій потенціальних полів.

 

Уточнення тектоніки регіону.

 

 

8.2 Порядок виконання роботи

 

8.2.1 Ознайомитись з елементами методики кількісної інтерпретації геофізичних аномалій за додатками 8.5¸8.7.

8.2.2 На графіках спостережених полів виділити аномалії, які ймовірно зумовлені скидами, контактами блоків фундаменту або утвореннями осадового чохла типу високо амплітудних складчастих форм (комплексом ярусів складок). Обрані аномалії виділити на фоні інших графічним способом.

8.2.3 За аномаліями типу гравітаційної сходинки визначити глибину залягання і амплітуду скиду (уступу). Для способів, що потребують значення густин, приймаємо: s_ф» 2.70∙10³ кг/м³ – густина фундаменту, s_о £ 2.50∙10³ кг/м³ – густина осадової товщі (додаток 8.5).

8.2.4 За аномаліями типу магнітної сходинки визначити глибини залягання, амплітуду скиду (уступу) та надлишкову намагніченість (додаток 8.6).

Якщо за пунктами 8.2.3 і 8.2.4 розраховані глибини явно відносяться до осадового комплексу, то прийняти, що інтерпретовані аномалії зумовлені групою складок (розраховані за цими способами глибини залягання складок і їх амплітуди є максимально можливими).

8.2.5 Аналогічно до пункту 8.2.2 на графіках спостережених або локальних аномалій гравітаційного і магнітного полів виділити аномалії, які ймовірно зумовлені антиклінальними складками (групою складок) або антиклінальними формами поверхні блоків фундаменту. Обрані аномалії виділити на фоні інших графічним способом.

8.2.6 За гравітаційними аномаліями, які ймовірно зумовлені антиклінальними структурами, визначити глибини залягання складки за способом Є.Г.Булаха. Також розрахувати мінімально можливі глибини залягання складки за формулами Фішера-Люстіха, які з деякою похибкою можна прийняти за глибину залягання склепіння антиклінальної складки (додаток 8.7). Для розрахунків приймаємо s_ф» 2.70∙10³ кг/м³ – густина фундаменту, s_о £ 2.40∙10³ кг/м³ – густина осадової товщі над склепінням складок, s_о ³ 2.50∙10³ кг/м³ – густина складок осадової товщі.

8.2.7 За магнітними аномаліями, які ймовірно зумовлені антиклінальними структурами, визначити глибини залягання склепіння і підошви антиклінальної складки за способами, наведеними у додатку 8.7.

Якщо за пунктами 8.2.6 і 8.2.7 розраховані глибини явно відносяться до поверхні фундаменту, то прийняти, що джерелом інтерпретованих аномалій є ускладнення поверхні блоків фундаменту.

8.2.8 Результати обробки гравітаційних і магнітних аномалій винести на первинну модель геологічного розрізу.

8.2.9 За результатами інтерпретації гравітаційних і магнітних аномалій скорегувати геометрію тектонічних насувів та поверхню блоків фундаменту в розрізі регіональної інтерпретаційної моделі.

8.2.10 Зробити висновки щодо ефективності, достовірності і точності кількісних методів інтерпретації аномалій геофізичних полів у створенні моделей будови глибинного геологічного розрізу.

 

8.3 Звітні матеріали

 

8.3.1 Графіки аномальних полів і первинна регіональна модель розрізу.

8.3.2 Графічні побудови на кривих аномальних полів, необхідні для виділення і кількісної інтерпретації обраних аномалій.

8.3.3 Результати розрахунків за кожною гравітаційною і магнітною аномалією у зошиті.

8.3.4 Винесені на первинні моделі результати розрахунків та графічні перебудови її елементів (тектонічних структур в осадовому комплексі, розломів та фрагментів поверхні фундаменту): червоним кольором за аномаліями гравітаційного поля, синім - за аномаліями магнітного поля.

8.3.5 Висновки щодо достовірності і точності кількісних методів інтерпретації аномалій геофізичних полів при створенні моделей будови глибинного геологічного розрізу.

 

8.4 Питання для самоперевірки

 

8.4.1 Умови задовільної точності у застосуванні експрес-способів оцінки глибини залягання аномального об'єкта.

8.4.2 Намалюйте аномалію типу гравітаційної сходинки і вкажіть на параметри графіку, які використовуються у способі О.К.Маловічка та Фішера-Люстіха, та які параметри уступу визначають за цими способами.

8.4.3 Намалюйте аномалію типу магнітної сходинки (для DT_a) і вкажіть на параметри графіку, які використовуються у способі О.А.Логачова, В.П.Захарова, та які параметри уступу визначають за цими способами.

8.4.4 Намалюйте магніті аномалії (для DT_a) для асиметричної і симетричної антиклінальної складок і вкажіть на параметри графіків, які використовуються у способах О.А.Логачова, В.П.Захарова, та які параметри антикліналі визначають за цими способами.

8.4.5 Сутність інтерпретації гравітаційної аномалії для антиклінальної складки за способом Є.Г.Булаха [3].

8.4.6 Причини зниження точності визначення глибин аномаліоутворюючих тіл за експрес-методами.

 

8.5 Додаток. Методи визначення глибин за аномаліями сили тяжіння типу гравітаційної сходинки [1]

 

Практика свідчить, що при інтерпретації гравітаційного поля найпростішим способом оцінки глибини залягання аномального об'єкта є наближення його форми уступом, однак цей спосіб може призводити до відносно малих похибок (до 10% ¸ 20%) лише за таких умов:

1) об’єкт є локальним скидом або контактом порід різної щільності, що обумовлює зміну поля в перехідних аномальних зонах в тому числі і в межах овальних аномалій;

2) скид (контакт) має нахил не менше 50% (похибка за рахунок нехтування нахилом біля 10% і більше);

3) глибина залягання скиду (контакту) у декілька разів більше за малу вісь овальної аномалії або градієнтної зони;

4) інтерпретаційний профіль розташований в зоні максимального зближення ізоаномал та у хрест простягання усієї аномалії.

Привабливість такого підходу до наближення аномалій двовимірними полями типу гравітаційної сходинки можна пояснити:

1) відносно вузькими межами неоднозначності у визначенні глибин;

2) у сімействі еквівалентних рішень вертикальний уступ займає найбільш глибоке розташування, його глибина має зміст граничної (еквівалентні нахилені уступи залягають ближче до денної поверхні);

3) формули, засновані на використанні кулі, циліндру, можуть привести до сильно перебільшених глибин.

Наближеність розв’язків такого типу задач є причиною існування різних способів інтерпретації, зокрема, аномалій типу гравітаційної сходинки. Уміле використання їх у комбінації і у різних умовах будови розрізу дозволяє забезпечити відносно високу точність визначення найбільш актуального параметру – глибини залягання об’єкта. Отже корисно навести низку таких способів (ми обрали п’ять), що застосовуються на практиці.

Спосіб 1. Для спрощення уступ замінюється півплощиною. Глибина залягання півплощини:

, (8.1)

де |x₀-x_±1/4| - відстань від середньої точки перехідної зони x₀ (початок координат зручно розташовувати в цій точці: x₀=0) до іншої характерної точки, де аномалія змінюється на:

, (8.2)

Dg_max = g_max - g_min - амплітуда аномалії (рисунок 8.1).

Верхня поверхня контакту (уступу):

, (8.3)

де , Dh - амплітуда уступу, f - гравітаційна стала; Ds - надлишкова густина порід уступу.

Рисунок 8.1 Характерні точки і дотичні до аномалії типу гравітаційна сходинка

Більш точнішою є формула, що запропонована О.К.Маловічком:

, (8.4)

де grad(g) = (g₂ – g₁)/(x_+1/4 – x_-1/4) - максимальний градієнт в перехідній зоні;

g₂ = dg_max – (1/4)×dg_max, g₁ = dg_min+(1/4)×dg_max – значення поля в точках x_+1/4, x_-1/4.

Для прикладу на рисунку 8.2 наведений фрагмент карти аномалій Буге масштабу 1:200000.

В частині профілю ВС існує чітко виражений контакт порід, а в частині СЕ, навпаки, контакт нечіткий. Нехтуючи взаємовпливом неоднорідностей аномальну зону у проміжку ВС апроксимуємо впливом контакту (уступу).

 

 

Рисунок 8.2

 

По значеннях аномалії в точках В та С знаходимо різницю dg_max. Збільшуємо її приблизно на ~20% (для компенсації впливу аномалії в частині СЕ), отримуємо dg_max» 20×10^-5 м/с². По відстані між ізоаномалами на ділянці найбільшого їх згущення знаходимо grad(g) = 3×10^-8 1/с². Далі за формулою (7.4) знаходимо, що h₁ = 2100 м. (надлишкова густина Ds»0.3×10³ кг/м³).

 

8.6 Додаток. Методи визначення глибини тіл, наближених уступом, за аномаліями магнітного поля [1]

 

В підручнику О.А.Логачова, В.П.Захарова глибину залягання середини вертикального уступу (напрямок намагніченості у площині вертикального контакту) пропонується визначати за формулами:

, (8.5)

або . (8.6)

Глибини верхньої та нижньої кромок уступу:

, (8.7)

. (8.8)

У формулах використані координати характерних точок, зміст яких роз’яснюється на рисунку 8.3 (початок координат по профілю над уступом – там, де DT_a» 0).

Надлишкову намагніченість можна оцінити за максимальним значенням поля (для середніх широт):

. (3.39)

Підкреслимо, що у цьому методі для достовірної оцінки глибин залягання геологічних утворень необхідно попереднє виключення зі спостереженого магнітного поля нормальної складової і регіонального фону.

 

 

Рисунок 8.3 Аномалія модуля повного вектору магнітного поля над вертикальним уступом

8.7 Додаток. Способи визначення глибини тіл, наближених антиклінальними структурами [1]

Способи дослідження складчастих форм фундаменту і, особливо, осадового чохла суттєво розширюють можливості гравірозвідки і магніторозвідки у вирішені геологічних задач, пов’язаних з пошуком і розвідкою структур, перспективних на поклади вуглеводнів. Розглянуті вище способи, засновані на апроксимації геологічних форм уступами, дають максимальні оцінки глибини залягання флексуроподібних складок. Тому у комплексі з цими способами доцільно використовувати і такі, що дозволяють за локальними аномаліями, що зумовлені, як передбачається, складками антиклінального типу, наближено визначати параметри останніх.

Спосіб визначення глибини залягання покрівлі (h₁) і підошви (h₂) пласта магнітних порід, товщина якого достатньо велика у порівнянні із глибиною залягання, в склепінні складки, яку цей пласт утворює:

, (8.9)

, (8.10)

або , (8.11)

де h_c – глибина залягання середини пласта;

x₁, x₂, x₃ – характерні точки аномалії (рисунок 8.4), в яких аномалія приймає значення ½, ¼, та ¾ від (DT_a)_max відповідно.

Для майже симетричної складки аномалія відповідно є майже симетричною, що означає доцільність інтерпретації кожної гілки аномалії окремо з використанням формул (8.9¸8.11), а за результат інтерпретації прийняти середні значення h₁ і h₂.

У більш загальному випадку несиметричної аномалії можна виділити з неї парну і непарну складові так само, як це робиться для кривої DZ_a (або ~ DT_a), зумовленої пластом великої товщини (дивись [1], пункт 3.1.7). Потім за парною складовою (функцією логарифму) визначити h_c, h₁ і h₂ за формулами (8.9¸8.1).

Похибки визначення глибин за першим і другим способами будуть тим меншими, чим ближче реальна структура до однорідної складки з великими розмірами по простяганню та великими крилами, що лінійно заглиблюються на глибину.

 

Рисунок 8.4 Аномалія DZ_a (або ~ DT_a) над симетричною лінійною антиклінальною складкою

 

Глибина залягання основи структури за гравітаційною аномалією (Є.Г.Булах):

 

, (8.12)

де

, (8.13)

– передбачувана глибина залягання структури;

і по одну сторону від початку координат, який розташований у точці екстремального значення аномалії.

Формула (8.12) дає хороші наближення при умові, що глибина залягання структури h₂ розраховується за серією різних значень x₂ і x₁ (до десяти по обидві сторони від початку координат у згаданому інтервалі значень). Спосіб вигідний тим, що не вимагає врахування впливу регіонального фону.

Спосіб Фішера-Люстіха, заснований на використанні параметрів аномалії спостереженого поля та її похідної V_zx, дає наближену оцінку глибини залягання поверхні уступу (або склепіння структури за лівою чи правою гілкою аномалії):

. (8.14)

Корисною може бути і більш наближена оцінка (Фішер):

. (8.15)

На рисунку 8.1 показано визначення параметрів для формул 8.14÷8.15.

Важливо зазначити, що аномалії типу гравітаційної сходинки можуть бути зумовлені різними за крутизною флексуроподібними складками. Граничним випадком за формою і максимально можливою глибиною залягання є вертикальний уступ. Тому наведені вище визначення одночасно є і оцінками максимально можливих глибин залягання складчастих форм.

Методи, розглянуті тут, переважно дозволяють оцінити глибини залягання поверхні геологічних об’єктів, у тому числі і елементів фундаменту (блоків, уступів, вертикальних пластоподібних тіл) за аномаліями спостережених полів.

Причини, що призводять до зниження точності визначення глибин аномаліоутворюючих тіл за експрес-методами можуть бути наступними.

1. Профіль обмежений за довжиною або є значний взаємовплив аномалій. Наслідком є невпевнене визначення амплітуд за положенням асимптот, до яких графіки відокремлених аномалій мали б наближатися.

2. Вертикальні уступи, контакти блоків та пластоподібні тіла є двовимірними, а реальні перехідні зони обмежені за довжиною. В результаті параметри утворень занижуються.

3. Якщо тіла не вертикальні, а мають певний нахил. Так при кутах нахилу уступів менш ніж на 60% формулами, що визначені для таких тіл, користуватися не можна.

4. Якщо аномалії обумовлені не тільки геометрією об’єктів, а й їх неоднорідною будовою (неоднорідною густиною, намагніченістю).

Зазначимо, що у випадках, коли аномалії мають правильні форми, для оцінки глибин залягання тіла можна скористатися класичними методами, які описані в будь-якому курсі гравірозвідки і магніторозвідки.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №9